隙层和低能隙层的厚度为调节，所述高能隙 层的厚度优选为l-l〇nm，所述低能隙层的厚度优选为10 - 100nm。
[0021] 所述CIGS吸收层优选包括由5 - 20个周期所形成的量子阱结构。
[0022] 所述具有量子阱结构的CIGS吸收层厚度优选为1-4ym。
[0023] 下面对本实用新型做进一步解释和说明：
[0024] 所述具有量子阱结构的铜铟镓硒薄膜太阳能电池包括单结或多结铜铟镓硒薄膜 太阳能电池。
[0025] 本实用新型的多结具有量子阱结构的薄膜太阳能电池中，利用宽隙材料的量子阱 结构做顶电结，将短波长的光能转化为电能；利用窄带材料的量子阱结构做底电结，可将特 长波长光能转化为电能。由于更加充分利用了阳光的谱域，多结具有量子阱结构的薄膜太 阳能电池具有更高的光电转换效率。
[0026] 对于铜铟镓硒镉薄膜太阳能电池而言，其量子阱结构由以下材料匹配组合形成： CUyanhGaJSeJl-l.eSeWCUyanhGaJSeJl-l.eSeV) (1 彡x彡 0，1 彡y彡 0)通过改变 x，y的大小和晶粒尺寸大小来调节铜铟镓硒材料的能隙匹配。实验已经证明，CIGS的组成 的改变直接引起它的光学带隙Eg的变化。因此，改变Ga的相对含量或GaAGa+In)的比 例和改变Cu的相对含量或CuAGa+In)的比例就可以调整CIGS的光学带隙。依据分子式 CUyGnhGaJSe2,当x= 0,y= 1，时，艮PCuInSe2 的Eg大约为 0? 94eV到 1. 04eV，当x= 1，y= 1 时，即CuGaSe2 的Eg大约为 1. 65eV到 1. 70eV。
[0027] CIGS的光学带隙Eg与Cuy(IrihGa^ SejlL成的关系可用下式表示：Eg= (l_x) ? 1.OleV+x? 1. 70eV-bx(l_x) 〇
[0028] 在这里b为修正系数，0彡b彡0? 3，
[0029] 当CIGS应用于太阳能电池时，分子式Cuy(Ini_xGax)Se2(CIGS)组成的典型范例为 0. 3彡x彡0. 4和0. 7彡y彡0. 9,.即缺铜的组成。同时，通过调整y，即铜的成分和钠的 摻杂量0. 05-0. 5%也可调节CIGS材料的能隙。
[0030] 与现有技术相比，本实用新型的优势在于：
[0031] 本实用新型所述量子阱结构能够分离和捕捉游离电子，在太阳光的激发下，形成 较大电流而提高薄膜太阳能电池的效率。量子阱的势皇高度可通过其相匹配材料的能隙来 调节。量子阱的势皇宽度可通过其相匹配材料的厚度来调节。所述量子阱结构避免了晶粒 的异常长大和孔洞和裂缝的形成，制备了致密的，晶粒尺寸大小均匀，能隙匹配的高质量的 薄膜，同时，量子阱结构有利于对太阳光的充分吸收。因而，进一步提高了薄膜太阳能电池 的效率。
【附图说明】
[0032]图1是具有量子阱结构的单结铜铟镓硒薄膜太阳能电池结构图；.
[0033] 图2是具有量子阱结构的钠摻杂单结铜铟镓硒薄膜太阳能结构图；.
[0034] 图3是具有量子阱结构的三结铜铟镓硒薄膜太阳能电池结构图；.
[0035] 图4是具有量子阱结构的双结铜铟镓硒薄膜太阳能电池结构图；.
[0036] 图5是具有量子阱结构的铜铟镓硒薄膜太阳能电池制备工艺流程图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合实施例对本实用新型做进一步的说明。
[0038] 如图1和图2所示，铜铟镓硒薄膜（CIGS)太阳能电池的典型结构为多层膜结构， 从入光面开始，依次包括：前板玻璃/封装材料/TCO前电极/缓冲层（CdS) /光吸收层 (CIGS)/背电极层（Mo)/衬底；
[0039] 所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池的pn结中的CIGS吸收层包括由多个周期所形成 的量子阱结构，其中一个周期包括晶体结构相同而能隙不同的上下两层，上层为高能隙层， 下层为低能隙层；所述高能隙层为能隙在卜1. 65eV之间的掺杂或者非掺杂的CUydrihGa》 Sejl，所述低能隙层为能隙在1-1. 65eV之间的掺杂或者非掺杂的CUydrihGaJSeJl，其 中 l，0<y< 1〇
[0040] 所述高能隙层和低能隙层也可以均为Na摻杂的CUydrihGaJSe2层，Na的原子掺 杂浓度为〇. 05%到2%，且所述高能隙层和低能隙层Na的原子掺杂浓度不同。
[0041] 所述量子阱结构的势皇高度通过组成量子阱结构材料的能隙差来调节，能隙差为 0. 1 - 0. 5eV。所述量子阱结构的势皇宽度通过高能隙层和低能隙层的厚度为调节，所述高 能隙层的厚度为l-l〇nm，所述低能隙层的厚度为10 - 100nm。所述CIGS吸收层包括由5 - 20 个周期所形成的量子阱结构。所述具有量子阱结构的CIGS吸收层厚度为1-4ym。
[0042] 如图5所示，所述具有量子阱结构的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制造方法包括：
[0043] (1)对玻璃基板或金属，高分子基板进行清洗；
[0044](2)在基板上制备金属Mo电极；
[0045] 采用采用磁控溅射方法制备金属Mo电极；磁控溅射压力为3 - 10毫乇，沉积速率 为2-5nm/秒。Mo电极厚度为0. 5-1微米。
[0046] (3)金属Mo层，在550°C_650°C下硒化形成MoSe的过度层，S卩背接触层。
[0047] (4)采用机械和激光技术划刻金属Mo镀膜层，电极分割形成子电池的电极
[0048](5)对划刻后的玻璃基板再次进行清洗；
[0049](6)其铜铟镓硒量子阱结构在玻璃基板温度为550-650°C时，采用真空热蒸发法， 磁控溅射和CVD方法来制备铜铟镓硒薄膜量子阱结构。
[0050] 每层铜铟镓硒的形成过程有三种方式：
[0051] 1.采用Cu，In，Ga三组元金属真空热蒸发法和磁控派射法形成Cu:In:Ga的中间 合金，然后用H2Se(或Se)进行硒化形成Cu(In,Ga)Se2。
[0052] 2.采用Cu和In，Ga分别真空热蒸发法和磁控溅射法并与H2Se(或Se)硒化相结 合形成Cu2Se和（In,Ga)2Se3混合层，再在H2Se(或Se)硒化条件下形成Cu(In,Ga)Se2。
[0053] 3.采用四组元金属Cu+In+Ga+Se真空热蒸发法和磁控派射法直接形成Cu(In,Ga) S〇2 〇
[0054] 本工艺采用第三种方法制备铜铟镓硒量子阱结构，工艺为共蒸方法制备：
[0055] 在反应室的真空度为0? 01-0. 03乇的压力，然后通入氦气，达到10-20乇的压力 和200 °C时，开始镀缓冲层薄膜，大约20-50纳米，然后基板温度升到为550-650 °C，Cu，In，Ga，Se的石墨舟蒸发源温度为Cu:1200-1700°C，In:900-1200°C，Ga:800-1000°C和 Se:300-500°C来制备铜铟镓硒量子阱结构。蒸发源的铜铟镓硒原料依据Cuy(Ini_xGax) Se2 (1-1. 65eV) /Cuy (IrihGax)Se2 (1-1. 65eV) (1 彡x彡 0，1 彡y彡 0，）通过改变x.y的大小， 晶粒尺寸大小和钠的摻杂来调节铜铟镓硒材料的能隙匹配。
[0056] 为了调整晶粒尺寸大小从0. 5ym到5ym来调节铜铟镓硒材料的能隙匹配，通过 调整基板温度从500到650°C，和调整Cu，In，Ga，Se的石墨舟蒸发源温度和沉积速率来控 制铜铟镓硒晶粒尺寸大小达到铜铟镓硒能隙的调整。每镀完一层膜，用干燥的氮气去除任 何松散附着的氧化物或铜铟镓硒微粒。铜铟镓硒量子阱结构的薄膜厚度为1-4ym。
[0057] 为通过钠的摻杂来调节铜铟镓硒材料的电阻性能和能隙匹配，采用共蒸方法 来进行钠的摻杂。通常采用的钠源为NaF(共蒸温度800-1000°C)，Na2Se(共蒸温度 700-1000°C)和Na2S(共蒸温度1000-1200°C)，摻杂浓度为0. 05到0. 2%原子浓度。
[0058] (7)在铜铟镓硒量子阱结构层上，用化学溶液法制备CdS薄膜；
[0059] 镉的原料采用0. 02-0. 05克分子浓度醋酸镉（CdAc2)，0. 5-2克分子浓度的醋酸铵 (NH4Ac)，10-20克分子浓度的氨水（NH4OH)和0? 05 - 0? 1克分子浓度的硫脲（CS(NH3)2)作 为硫源。化学溶液反应法沉积温度为80-95°C，CdS薄膜沉积厚度为60 - 200纳米。镀模完 成后，基板然后从浴中取出，放入温暖的去离子水，并用超声处理（约2分钟）以除去松散 附着的CdS微粒，然后用干燥的N2吹干。
[0060] (8)制备TCO即ITO和ZnO薄膜，厚度200 - 400纳米。
[0061] (9)采用激光工艺和机械刻蚀工艺将TC0电极分割形成单个的子电池；
[0062] (9)对电池边缘进行激光划线处理；
[0063] (10)对电池进行电路连接及封装。
【主权项】
1. 具有量子阱结构的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，包括由CIGS吸收层和CdS缓冲层所 形成的pn结，其特征是，所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池的pn结中的CIGS吸收层包括由 多个周期所形成的量子阱结构，其中一个周期包括晶体结构相同而能隙不同的上下两层， 上层为高能隙层，下层为低能隙层；所述高能隙层为能隙在1-1. 65eV之间的掺杂或者非 掺杂的Cuy(IrvxGax) SeJl，所述低能隙层为能隙在1-1. 65eV之间的掺杂或者非掺杂的 〇17(1111_!^& !￡)362层，其中0彡叉彡1，0彡7彡1。
2. 根据权利要求1所述具有量子阱结构的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征是，所述 高能隙层和低能隙层均为Na摻杂的Cuy (IrvxGax) 562层。
3. 根据权利要求1或2所述具有量子阱结构的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征是，所 述量子阱结构的能隙差为〇. 1 _ 〇. 5eV。
4. 根据权利要求1或2所述具有量子阱结构的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征是，所 述高能隙层的厚度为l-l〇nm，所述低能隙层的厚度为10 - 100nm。
5. 根据权利要求1所述具有量子阱结构的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征是，所述 CIGS吸收层包括由5 - 20个周期所形成的量子阱结构。
6. 根据权利要求1或2所述具有量子阱结构的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征是，所 述具有量子阱结构的CIGS吸收层厚度为1-4 y m。
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有量子阱结构的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，该电池包括由CIGS吸收层和CdS缓冲层所形成的pn结，所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池的pn结构中的CIGS吸收层包括由多个周期所形成的量子阱结构。这种量子阱能够分离和捕捉游离电子，在太阳光的激发下，形成较大电流而提高薄膜太阳能电池的效率。该量子阱结构避免了晶粒的异常长大和孔洞和裂缝的形成，制备了致密的、晶粒尺寸大小均匀、能隙匹配的高质量的薄膜，同时，量子阱结构有利于对太阳光的充分吸收。因而，进一步提高了铜铟镓硒薄膜太阳能电池的效率。
【IPC分类】H01L31-0352, H01L31-18, H01L31-0749
【公开号】CN204424293
【申请号】CN201520104239
【发明人】李廷凯, 李晴风, 钟真
【申请人】湖南共创光伏科技有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月13日